Hydro xanh - Năng lượng của tương lai

Cuộc chiến ở Ukraine đang làm thay đổi toàn cảnh nền năng lượng toàn cầu. Vấn đề then chốt về an ninh nguồn cung và sự cần thiết phải giảm phụ thuộc vào dầu khí Nga đang trở nên gay gắt hơn. Tình hình mới này làm gia tăng tính cấp thiết của vấn đề khí hậu. Khi các nước phải đối mặt với thách thức rất lớn là sự cạnh tranh trong việc cung cấp năng lượng không carbon vào bất kỳ thời điểm nào, hydro xanh đang trở thành một phần của giải pháp giúp đạt được mục tiêu trung hòa carbon vào năm 2050.

Đặc thù của hydro xanh là được sản xuất từ năng lượng tái tạo (năng lượng mặt trời, gió, nước, thậm chí hạt nhân), trái ngược với hydro xám, vốn dựa trên dầu khí và hiện chiếm hơn 95% thị trường (với sản lượng trên toàn thế giới đạt 90 triệu tấn). Ngoài ra còn có hydro lam với ít carbon hơn, được tạo thành từ việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch nhưng có thu hồi và lưu giữ CO2, được nhiều nhà sản xuất khí đốt tự nhiên, trong đó có Nga, rất quan tâm. Nhưng hiện nay, chiến tranh và giá cả tăng vọt đang khiến cuộc chơi thay đổi theo hướng có lợi cho hydro xanh.

Tiềm năng của ngành công nghiệp và vận tải hạng nặng

Xu hướng giảm chi phí sản xuất năng lượng tái tạo đang kích thích các nhà công nghiệp và các quốc gia. Nhiều quốc gia với điều kiện tối ưu về ánh nắng mặt trời, đặc biệt là các nước phía Nam, đang xây dựng các chiến lược đầy tham vọng. Và cuộc chạy đua này có nguy cơ làm thay đổi sâu sắc địa chính trị năng lượng. Nhưng để các nhà nhập khẩu dầu khí ngày nay trở thành các nhà xuất khẩu hydro xanh của tương lai, cần có các khoản đầu tư lớn và các giải pháp nhằm tháo gỡ một số trở ngại, bao gồm cả trở ngại trong vấn đề vận chuyển.

Các ứng dụng của hydro rất đa dạng. Trong công nghiệp, nó được sử dụng làm chất thử phản ứng hóa học trong lò cao để sản xuất thép, được sử dụng trong sản xuất phân bón dưới dạng amoniac hoặc được dùng để khử lưu huỳnh trong các nhà máy lọc dầu. Hydro có thể thay thế khí đốt tự nhiên để khử      carbon trong công nghiệp thép hoặc luyện kim. Đây cũng là một loại nhiên liệu không thải ra CO2, hữu ích đối với các mục tiêu khí hậu và có thể dùng cho các loại phương tiện giao thông chuyên biệt, chẳng hạn như các phương tiện trọng tải lớn hoặc các thiết bị cầu cảng hậu cần, vì nó giàu năng lượng gấp 3 lần so với xăng.

Antoine Huard, nhà đồng sáng lập Verso Energy tại Pháp – công ty với mô hình kinh doanh sáng tạo, vừa là nhà cung cấp năng lượng tái tạo vừa là nhà sản xuất hydro – giải thích: “Ác quy điện sẽ không thể đáp ứng đủ nhu cầu của các xe tải có tải trọng từ 40 tấn trở lên. Nó không phù hợp về mặt thương mại. Lý tưởng là thay thế dầu     diesel bằng hydro”. Chuyên gia năng lượng này cho biết hydro được quan tâm nhiều hơn còn vì một nguyên nhân khác: Nó còn là đòn bẩy cho sự linh hoạt của năng lượng tái tạo, có thể giúp lưu trữ lượng điện dư thừa và khắc phục tình trạng điện mặt trời hoặc điện gió không được sản xuất liên tục”.

Xu hướng năng lượng tái tạo

Ngày nay, việc sản xuất hydro xanh không còn là khoa học viễn tưởng, vì các loại năng lượng tái tạo đã mang tính cạnh tranh, đặc biệt là khi giá năng lượng mặt trời đã giảm trong những năm gần đây, nhờ những tiến bộ trong công nghệ điện phân và pin nhiên liệu. Luc Poyer, Chủ tịch McPhy – nhà sản xuất máy điện phân và trạm hydro – nhấn mạnh rằng chi phí vận hành máy điện phân cho mỗi MW điện đã giảm mạnh, từ 1,5 triệu euro vào năm 2016 xuống còn 700.000 euro, và tới đây sẽ nhanh chóng giảm xuống còn 300.000 euro. Mặc dù quy mô phát triển vẫn còn khiêm tốn – ví như Pháp mới chỉ sản xuất 20 tấn hydro xanh mỗi ngày, trong khi mức tiêu thụ hydro hàng năm trong ngành công nghiệp là 900.000 tấn, nhưng các sáng kiến đang được nhân rộng trên quy mô quốc tế.

Theo báo cáo của Cơ quan Năng lượng tái tạo quốc tế (IRENA) về địa chính trị hydro được công bố giữa tháng 1-2022, sẽ có khoảng 160 tỷ USD được đầu tư vào lĩnh vực năng lượng tái tạo từ nay đến năm 2030 và một nửa trong số đó dành cho hydro xanh. Trước khi nổ ra cuộc xung đột ở Ukraine, các chuyên gia đã dự đoán rằng đến năm 2050, hydro không carbon sẽ chiếm từ 10% đến 15% năng lượng tiêu thụ. Cuộc chiến tại Ukraine có thể sẽ đẩy nhanh tiến trình này.

Thierry Lepercq, người phát ngôn của tập đoàn HyDeal Ambition và là tác giả cuốn sách “Hydro, loại dầu mới” (2019), cho rằng khi đối mặt với tình trạng khẩn cấp của cuộc chiến năng lượng mới này, châu Âu sẽ phải đẩy nhanh việc sản xuất hydro xanh trên quy mô lớn, vì họ đang nhập khẩu đến 1.600 TWh khí đốt của Nga. Giá điện tái tạo có ý nghĩa quyết định vì nó chiếm phần áp đảo trong những tính toán tài chính của các dự án lớn. Thierry cho rằng “lựa chọn duy nhất mang lại lợi nhuận cho châu Âu là sản xuất điện bằng hydro mà không cần kết nối với mạng lưới điện vốn đã bùng nổ về giá”.

Được IRENA đánh giá là dự án có quy mô lớn nhất thế giới – với công suất 67 GW điện phân hydro và 95 GW điện mặt trời ở châu Âu – dự án hydro xanh của châu Âu đang quy tụ 30 công ty trong lĩnh vực này, từ các nhà sản xuất máy điện phân như McPhy, các công ty vận chuyển khí đốt cho đến người sử dụng cuối cùng, với sự hỗ trợ tài chính của Ngân hàng Đầu tư châu Âu (EIB).

Huy động quốc tế

Việc huy động các bên tham gia, cả tư nhân và nhà nước, cuối cùng có thể làm thay đổi bản đồ thị trường năng lượng toàn cầu. IRENA ước tính vào năm 2050, 1/3 lượng hydro xanh sẽ được xuất khẩu – cao hơn tỷ lệ của thị trường khí đốt hiện tại (25%). Năm 2017, chỉ có Nhật Bản lên kế hoạch đầu tư cho hydro. Hiện nay, khoảng 40 quốc gia đã xác định lộ trình phát triển loại năng lượng này. Tháng 8-2021, Ấn Độ đặt mục tiêu trở thành trung tâm quốc tế sản xuất và xuất khẩu hydro xanh. Thủ tướng Narendra Modi lập luận rằng, đây là loại năng lượng quan trọng để đạt được “bước nhảy vọt lượng tử” hướng tới khả năng độc lập về năng lượng.

Châu Âu đã coi dự án này là một ưu tiên và lên kế hoạch theo “Thỏa thuận xanh” để lắp đặt các nhà máy với tổng công suất 40 GW vào năm 2030, bao gồm 6 GW ở Pháp và 10 GW ở Đức, và đang hướng tới mục tiêu 500 GW vào năm 2050. Với chủ trương tập trung vào sản xuất trong nước, Pháp muốn tạo ra một mạng lưới hydro xanh với 7 vùng công nghiệp xung quanh các cảng. Trong khi đó, Đức đang tìm đến các nước khác. Berlin đã thành lập một trung tâm thu mua và ký kết thỏa thuận với một số quốc gia, bao gồm Australia, Chile, Morocco và Namibia – những nơi có chi phí sản xuất năng lượng mặt trời thấp nhất trên thế giới (dưới 15 euro/MWh).

IRENA đã liệt kê khoảng 30 hiệp định song phương trên quy mô quốc tế. Luc Poyer nhấn mạnh: “Tin tốt là bản đồ năng lượng mặt trời lớn hơn bản đồ năng lượng dầu khí. Những nước nghèo đang nhập khẩu năng lượng sẽ có thể tự cung tự cấp và thậm chí xuất khẩu sang các nước công nghiệp”. Mauritania muốn được giống như Chile, Namibia, Morocco hay Ai Cập. Họ đã ký hai thỏa thuận hợp tác: một thỏa thuận trị giá 40 tỷ USD với tập đoàn CWP Global của Mỹ để sản xuất 1,7 triệu tấn hydro và 10 triệu tấn     amoniac, thỏa thuận còn lại trị giá 12 tỷ USD và được ký kết với công ty British Chariot.

Ismail Abdel Vetah, phụ trách chiến lược hydro thuộc Bộ Năng lượng Mauritania, cho biết: “Tham vọng của chúng tôi là lọt vào top 5 thế giới vào năm 2030”. Nước này sẽ phải tính đến sự cạnh tranh gay gắt từ các quốc gia vùng Vịnh, vốn đang tìm cách đa dạng hóa nhiên liệu ngoài nhiên liệu hóa thạch và hiện đã có khả năng cạnh tranh cao về năng lượng tái tạo. Họ có cơ sở hạ tầng và bí quyết sản xuất để có được một khởi đầu thuận lợi.

Tháo gỡ rào cản

Thị trường mới đầy hứa hẹn này hiện vẫn còn một số trở ngại. Nó sẽ đòi hỏi việc xây dựng các nhà máy điện phân quy mô lớn để đạt được hiệu quả kinh tế dựa vào quy mô và cơ sở hạ tầng (nền tảng logistics, bến cảng, tàu và đường ống). Về vấn đề này, Luc Poyer thì nói về thời gian để xây dựng dây chuyền, còn Antoine Huard thì cảnh báo về những sai lầm đã có với pin mặt trời, khiến năng suất bị lãng phí vì không được sử dụng hết. Các nước châu Phi cũng gặp một số trở ngại: Việc tiếp cận nguồn tài chính vẫn còn khó khăn và tốn kém, căng thẳng liên quan đến nguồn nước có thể nảy sinh và vận tải vẫn là vấn đề then chốt.

Các quốc gia ven biển dựa vào các nhà máy khử mặn, nhưng chúng gây ra nhiều rủi ro về môi trường liên quan đến chất tồn dư. Theo IRENA, đến năm 2050, 50% lượng hydro xanh trong giao dịch sẽ được vận chuyển qua đường ống dẫn, trong đó một phần đang được sử dụng để dẫn khí tự nhiên sẽ phải được chuyển đổi về mặt công năng. Ở quy mô châu Âu, theo kế hoạch đến năm 2040, một mạng lưới dài 39.700km kết nối 21 quốc gia sẽ được thiết lập trong khuôn khổ sáng kiến Đường trục hydro châu Âu (EHB).

Ở khoảng cách trên 3.000km, hydro xanh có thể được vận chuyển dưới dạng hóa lỏng – nhưng yêu cầu nhiệt độ thấp hơn nhiều so với khí tự nhiên (-2.500oC so với -1600oC) – hoặc ở dạng amoniac. Philippe Boucly, Chủ tịch tập đoàn France Hydrogène, nhận định: “Chúng tôi đang ở những bước đầu và chỉ có một chiếc tàu thử nghiệm với dung tích 1.250m3 giữa Nhật Bản và Australia”. GTT, công ty hàng đầu thế giới trong lĩnh vực vận chuyển khí hóa lỏng, đang cùng Shell phát triển dự án với quy mô 10.000m3 hydro đến năm 2077.

Francesco La Camera, Tổng giám đốc IRENA, đã đưa ra một kết luận mang tính khẳng định: “Hydro xanh sẽ đa dạng hóa các tuyến đường và nguồn cung, dẫn đến việc chia sẻ quyền lực cho nhiều bên hơn. Với sự hợp tác quốc tế, thị trường có thể trở nên dân chủ và mang tính bao trùm hơn”.